Q355GNH vs Q415GNH – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Memilih antara Q355GNH dan Q415GNH adalah dilema desain dan pengadaan yang umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang bekerja dengan baja struktural berkekuatan tinggi. Konteks keputusan yang khas termasuk menyeimbangkan kapasitas beban yang lebih tinggi dan bagian yang lebih tipis (kekuatan) terhadap kemampuan pengelasan, ketangguhan pada suhu rendah, dan biaya keseluruhan. Pabrikan juga mempertimbangkan trade-off antara pembentukan dan pemesinan dibandingkan dengan kinerja dalam layanan.
Pada intinya, kedua grade ini menempati pita kekuatan yang berdekatan dalam keluarga baja mikroaloy berkekuatan tinggi rendah aloy (HSLA) yang digunakan untuk pelat struktural dan bagian. Perbedaan fungsional utama adalah peningkatan kekuatan hasil yang dijamin untuk Q415GNH dibandingkan dengan Q355GNH, yang mendorong perbedaan downstream dalam persyaratan pemrosesan, manajemen ketangguhan, dan rasional pemilihan.
1. Standar dan Penunjukan
- Keluarga standar utama di mana baja serupa muncul: standar nasional Tiongkok GB (grade seri Q), EN (Eropa), ASTM/ASME (AS), dan JIS (Jepang). Nama grade dan persyaratan yang tepat bervariasi antara standar; tabel konversi hanya sebagai panduan.
- Klasifikasi: Baik Q355GNH maupun Q415GNH adalah baja struktural HSLA non-stainless, karbon rendah, mikroaloy yang dirancang untuk keseimbangan kekuatan–ketangguhan yang baik. Mereka bukan baja alat atau baja stainless.
- Bentuk produk yang khas: pelat, gulungan, dan struktur yang dilas; akhiran (seperti GNH) biasanya mengkodekan kualifikasi proses dan sifat (misalnya, dinormalisasi, digulung secara termomekanis, dan ketangguhan suhu rendah yang ditingkatkan) dalam skema penamaan produsen atau nasional. Verifikasi teks standar untuk arti akhiran yang tepat dalam spesifikasi pembelian.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Strategi HSLA mikroaloy untuk kedua grade adalah menjaga karbon rendah untuk mempertahankan kemampuan pengelasan dan ketangguhan, sambil menambahkan jumlah kecil elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) ditambah N yang terkontrol untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan melalui presipitasi dan pemurnian butir daripada dengan peningkatan karbon yang besar.
| Elemen | Q355GNH (peran khas) | Q415GNH (peran khas) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Rendah — membatasi kemampuan pengerasan, membantu kemampuan pengelasan | Rendah — mungkin sedikit lebih rendah atau serupa dengan Q355 untuk mempertahankan ketangguhan |
| Mn (Mangan) | Sedang — penguatan larutan padat dan deoksidasi | Sedang — mungkin sedikit lebih tinggi untuk mendukung hasil yang lebih tinggi |
| Si (Silikon) | Jejak–sedang — deoksidator | Jejak–sedang |
| P (Fosfor) | Dijaga rendah — kontrol embrittlement | Dijaga rendah |
| S (Belerang) | Dijaga rendah — kemampuan pemesinan, kebersihan | Dijaga rendah |
| Cr, Ni, Mo | Biasanya minimal atau jejak — bukan mekanisme pengerasan utama | Mungkin hadir dalam jumlah kecil di beberapa varian untuk mendukung kekuatan/kekuatan pengerasan |
| V, Nb, Ti (mikroaloy) | Hadir dalam jumlah mikroaloy untuk memperhalus butir dan memperkuat presipitasi | Hadir; mungkin dioptimalkan untuk penguatan presipitasi yang sedikit lebih tinggi |
| B (Boron) | Jarang/jejak — jika digunakan, dikontrol untuk kemampuan pengerasan | Jarang/jejak |
| N (Nitrogen) | Terkontrol — membentuk karbonitrida dengan logam mikroaloy | Terkontrol — mungkin sedikit lebih tinggi untuk kontrol penguatan |
Catatan: Batas kimia yang tepat ditentukan dalam standar nasional atau pabrik yang relevan dan bervariasi dengan akhiran grade dan bentuk produk. Tabel menunjukkan peran kualitatif daripada konsentrasi absolut.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon rendah menjaga kemampuan pengelasan dan duktilitas yang dapat diterima. - Mn dan Si yang terkontrol memberikan penguatan larutan padat dan perilaku pemrosesan. - Elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) memungkinkan kekuatan hasil yang tinggi melalui pemurnian butir dan pengerasan presipitasi tanpa peningkatan karbon yang besar, mempertahankan ketangguhan. - Peningkatan kecil dalam intensitas paduan atau pemrosesan untuk memenuhi persyaratan Q415 dapat meningkatkan kemampuan pengerasan dan memerlukan kontrol termal tambahan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas untuk kedua grade setelah pemrosesan standar adalah ferrit halus dengan jumlah terkontrol dari bainit yang ditempa atau ferrit poligonal dan presipitat mikroaloy, tergantung pada rute termomekanis.
- Q355GNH: Diproses untuk menghasilkan matriks ferrit–pearlit atau ferrit–bainit yang terkontrol dengan ukuran butir halus melalui normalisasi atau penggulungan terkontrol. Presipitat mikroaloy (Nb/Ti/V karbonitrida) menghambat pertumbuhan butir dan berkontribusi pada kekuatan hasil.
- Q415GNH: Untuk mencapai hasil yang lebih tinggi yang dijamin, pemrosesan sering meningkatkan intensitas penggulungan termomekanis atau menggunakan penguatan presipitasi yang lebih kuat. Ini dapat menghasilkan fraksi struktur bainitik yang lebih tinggi atau matriks ferritik yang lebih halus dengan presipitat yang lebih padat, meningkatkan kekuatan tetapi memerlukan kontrol termal yang lebih ketat.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi/pemurnian: Kedua grade mendapatkan manfaat dari normalisasi atau penggulungan terkontrol untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan. - Pendinginan dan tempering: Tidak khas untuk grade struktural HSLA ini dalam pasokan rutin; akan mengubah klasifikasi produk. - Pemrosesan terkontrol termomekanis (TMCP): Sangat efektif untuk keduanya, dan sering digunakan untuk mendapatkan keseimbangan kekuatan–ketangguhan. Untuk Q415GNH, parameter TMCP mungkin lebih agresif untuk meningkatkan hasil menuju target yang lebih tinggi.
4. Sifat Mekanik
Salah satu kepastian kuantitatif yang sedikit adalah bahwa nomor grade menunjukkan kekuatan hasil minimum nominal dalam MPa di bawah konvensi seri Q Tiongkok.
| Sifat | Q355GNH | Q415GNH |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil minimum (MPa) | 355 (nominal berdasarkan penunjukan) | 415 (nominal berdasarkan penunjukan) |
| Kekuatan tarik | Biasanya lebih rendah dari Q415; dirancang untuk mempertahankan perilaku patah duktil | Biasanya lebih tinggi dari Q355 untuk mencocokkan hasil yang lebih tinggi |
| Peregangan (duktilitas) | Umumnya lebih duktil pada ketebalan dan pemrosesan yang setara | Umumnya sedikit mengurangi duktilitas pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi |
| Ketangguhan impak (suhu rendah) | Dirancang untuk ketangguhan yang baik dengan TMCP dan pemrosesan dinormalisasi | Dapat mencapai ketangguhan yang sebanding tetapi sering memerlukan pemrosesan dan pengujian yang lebih ketat |
| Kekerasan | Lebih rendah dari Q415 di bawah pemrosesan yang serupa | Lebih tinggi karena kekuatan yang meningkat dan kepadatan presipitat |
Interpretasi: - Q415GNH memberikan kekuatan hasil yang lebih tinggi yang dijamin dan oleh karena itu memungkinkan struktur yang lebih tipis untuk beban yang sama, tetapi mungkin memberlakukan kontrol yang lebih ketat pada ketangguhan dan prosedur pengelasan. - Q355GNH cenderung menawarkan kemampuan pembentukan yang lebih baik dan sering kali sedikit lebih tinggi dalam peregangan pada patahan untuk rute pemrosesan yang sebanding.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan. Untuk penilaian kualitatif, gunakan indeks yang diakui:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
dan yang lebih komprehensif:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Kedua grade dirancang dengan karbon rendah dan mikroaloy HSLA untuk menjaga $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif rendah dibandingkan dengan baja karbon sedang yang dikeraskan, yang mendukung kemampuan pengelasan yang baik. - Q415GNH mungkin memiliki nilai CE dan Pcm yang sedikit lebih tinggi daripada Q355GNH karena peningkatan kandungan Mn atau mikroaloy atau pemrosesan yang lebih kuat; ini dapat meningkatkan kerentanan terhadap pengerasan HAZ dan retak yang dibantu hidrogen pada bagian yang tebal. - Secara praktis, Q415 sering memerlukan kontrol yang lebih ketat: bahan pengelasan hidrogen yang lebih rendah, suhu pra-panas atau suhu antar-passing yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca-las untuk bagian tebal yang kritis atau layanan suhu rendah. - Untuk kedua grade, ikuti sertifikat pabrik dan lakukan pengujian kualifikasi sambungan jika ragu.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Ini adalah baja non-stainless; ketahanan korosi terbatas pada baja karbon rendah aloy. Pemilihan harus mengasumsikan korosi lingkungan kecuali dilindungi.
- Opsi perlindungan permukaan: galvanisasi celup panas, primer kaya seng, pelapis industri dua bagian, sistem epoksi, atau pelapisan metalurgi jika diperlukan.
- PREN tidak berlaku karena ini bukan paduan stainless. Untuk bahan stainless satu